基于有限元法探究股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用一、引言1.1研究背景股骨轉(zhuǎn)子間骨折作為髖部骨折中極為常見(jiàn)的類型，在老年人群里發(fā)病率頗高，尤其是八十歲以上的人群。這類骨折通常由低能量損傷引發(fā)，比如跌倒。其治療方式主要是手術(shù)內(nèi)固定，通過(guò)該方式能夠讓患者盡早離床活動(dòng)，有效降低長(zhǎng)期臥床導(dǎo)致的各類并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提高患者的生活質(zhì)量和生存率。目前，臨床上存在眾多內(nèi)固定器械，主要可分為釘板和髓內(nèi)兩種內(nèi)固定模式。不同的骨折分型對(duì)應(yīng)著特定的內(nèi)固定方式，這些分型和內(nèi)固定方式都圍繞著一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即股骨轉(zhuǎn)子間骨折復(fù)位固定后的穩(wěn)定性。其中，伴有股骨小轉(zhuǎn)子骨折移位的轉(zhuǎn)子間骨折是否適合應(yīng)用釘板系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)固定，成為了爭(zhēng)議焦點(diǎn)之一。依據(jù)Evans-Jensen’s分型，在轉(zhuǎn)子間骨折的四部分中，內(nèi)側(cè)壓力側(cè)骨折塊對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折術(shù)后穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。股骨小轉(zhuǎn)子在股骨轉(zhuǎn)子間骨折的手術(shù)治療中影響重大，它的存在與否，會(huì)直接左右術(shù)后下肢力學(xué)傳導(dǎo)以及內(nèi)固定的治療效果。若是股骨小轉(zhuǎn)子骨折未得到妥善處理，可能致使骨折端穩(wěn)定性欠佳，增加髖內(nèi)翻、內(nèi)固定失敗等并發(fā)癥的發(fā)生幾率，嚴(yán)重影響患者術(shù)后的康復(fù)和肢體功能恢復(fù)。然而，在實(shí)際臨床治療中，對(duì)于股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用，尚未達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。部分研究表明，固定股骨小轉(zhuǎn)子能夠增強(qiáng)骨折端的穩(wěn)定性，減少并發(fā)癥；但也有研究指出，在某些內(nèi)固定方式下，不固定股骨小轉(zhuǎn)子對(duì)骨折的穩(wěn)定性影響不大。鑒于此，深入探究股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)有限元分析這一先進(jìn)技術(shù)，能夠從生物力學(xué)角度深入剖析不同內(nèi)固定條件下，小轉(zhuǎn)子骨折移位對(duì)復(fù)位固定以及術(shù)后功能鍛煉的影響，為臨床手術(shù)治療方案的選擇和優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，有助于提高手術(shù)成功率，改善患者預(yù)后。1.2研究目的與意義本研究旨在從生物力學(xué)角度，運(yùn)用有限元分析技術(shù)，深入探究股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用。通過(guò)建立精確的有限元模型，模擬不同內(nèi)固定條件下小轉(zhuǎn)子骨折移位對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折復(fù)位固定及術(shù)后功能鍛煉的影響，明確股骨小轉(zhuǎn)子在維持骨折穩(wěn)定性中的具體力學(xué)機(jī)制。從生物力學(xué)角度剖析股骨小轉(zhuǎn)子的維穩(wěn)作用，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)臨床研究在力學(xué)分析方面的不足。傳統(tǒng)研究多側(cè)重于臨床觀察和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，難以精確量化骨折部位的力學(xué)變化。有限元分析則可通過(guò)模擬不同工況，詳細(xì)分析骨折部位的應(yīng)力、應(yīng)變分布，為臨床治療提供更精準(zhǔn)的力學(xué)依據(jù)。深入了解股骨小轉(zhuǎn)子的維穩(wěn)作用，對(duì)優(yōu)化手術(shù)方案意義重大。在制定手術(shù)方案時(shí)，醫(yī)生可依據(jù)小轉(zhuǎn)子的維穩(wěn)作用機(jī)制，更科學(xué)地選擇內(nèi)固定器械和固定方式。對(duì)于小轉(zhuǎn)子骨折移位明顯、影響骨折穩(wěn)定性的情況，可優(yōu)先考慮髓內(nèi)固定系統(tǒng)；對(duì)于小轉(zhuǎn)子骨折移位不明顯、骨折相對(duì)穩(wěn)定的情況，釘板系統(tǒng)或許也是可行的選擇。合理選擇內(nèi)固定方式，有助于提高骨折復(fù)位的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。研究股骨小轉(zhuǎn)子的維穩(wěn)作用，還有助于提升患者的治療效果。通過(guò)優(yōu)化手術(shù)方案，可有效減少髖內(nèi)翻、內(nèi)固定失敗等并發(fā)癥的發(fā)生，促進(jìn)骨折愈合，提高患者術(shù)后的肢體功能恢復(fù)程度，改善患者的生活質(zhì)量。同時(shí)，也能為臨床醫(yī)生提供更科學(xué)、更有效的治療指導(dǎo)，推動(dòng)股骨轉(zhuǎn)子間骨折治療水平的整體提升。1.3研究方法和創(chuàng)新點(diǎn)本研究主要采用有限元法進(jìn)行分析。通過(guò)收集健康成年男性左側(cè)股骨的CT圖像，利用有限元軟件對(duì)其進(jìn)行處理，包括網(wǎng)格劃分、工況建立以及骨折類型構(gòu)建，建立起高精度的左側(cè)上端股骨有限元模型。同時(shí)，運(yùn)用CAD建模法構(gòu)建DHS以及PFNa系統(tǒng)有限元模型，并將它們與股骨模型合并于同一工況下，形成涵蓋4種工況的完整骨折內(nèi)固定模型。在有限元分析階段，精確設(shè)定邊界條件以及負(fù)荷加載方式，模擬人體自重下以及分級(jí)載荷下的各工況。通過(guò)有限元運(yùn)算，深入探討股骨近端在不同工況下的應(yīng)力、位移分布情況，從而全面分析股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用。本研究在方法上具有創(chuàng)新之處。傳統(tǒng)的臨床研究和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)，難以全面、精準(zhǔn)地分析股骨轉(zhuǎn)子間骨折在復(fù)雜受力情況下的力學(xué)響應(yīng)。有限元分析方法能夠突破這些限制，通過(guò)數(shù)字化模擬，精確計(jì)算骨折部位在各種工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布，為研究提供了更全面、更深入的視角。與傳統(tǒng)的尸體實(shí)驗(yàn)相比，有限元分析不僅可以避免實(shí)驗(yàn)樣本個(gè)體差異帶來(lái)的誤差，還能夠模擬多種復(fù)雜的工況，且不存在樣本數(shù)量限制，大大提高了研究效率和準(zhǔn)確性。在結(jié)果應(yīng)用方面，本研究也具有創(chuàng)新性。研究成果可以為臨床醫(yī)生在選擇內(nèi)固定器械和制定手術(shù)方案時(shí)提供量化的力學(xué)依據(jù)。通過(guò)有限元分析得到的應(yīng)力、位移分布數(shù)據(jù)，醫(yī)生能夠更直觀地了解不同內(nèi)固定方式下骨折部位的穩(wěn)定性，從而根據(jù)患者的具體情況，如骨折類型、骨質(zhì)疏松程度等，選擇最適合的內(nèi)固定器械和固定方式，有效降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高治療效果。此外，本研究建立的有限元模型和分析方法，還可以為后續(xù)相關(guān)研究提供參考和借鑒，推動(dòng)該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。二、股骨轉(zhuǎn)子間骨折與內(nèi)固定術(shù)概述2.1股骨轉(zhuǎn)子間骨折類型及特點(diǎn)2.1.1常見(jiàn)骨折類型股骨轉(zhuǎn)子間骨折的分型系統(tǒng)眾多，其中Evans-Jensen分型系統(tǒng)在臨床應(yīng)用較為廣泛。該分型系統(tǒng)將股骨轉(zhuǎn)子間骨折分為五型，能較好地反映骨折的穩(wěn)定性及預(yù)后情況。I型骨折為無(wú)移位的兩部分骨折，骨折線沿轉(zhuǎn)子間線走行，大、小轉(zhuǎn)子完整，骨折端穩(wěn)定性較好。這種類型的骨折多由較輕的外力引起，如老年人不慎滑倒，患側(cè)下肢突然扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致股骨轉(zhuǎn)子間受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而發(fā)生骨折。由于骨折無(wú)移位，對(duì)骨折端的血運(yùn)破壞較小，骨折愈合相對(duì)容易。在臨床癥狀上，患者主要表現(xiàn)為髖部疼痛，髖關(guān)節(jié)活動(dòng)受限，下肢可能出現(xiàn)輕度外旋畸形，但程度通常較輕，一般在30°以內(nèi)。II型骨折是有移位的兩部分骨折，同樣骨折線沿轉(zhuǎn)子間線走行，大轉(zhuǎn)子完整，小轉(zhuǎn)子有骨折但無(wú)明顯移位。此類骨折常因較大的外力作用所致，如高處墜落、車禍等。相較于I型骨折，II型骨折的骨折端穩(wěn)定性有所下降，因?yàn)楣钦垡莆粫?huì)對(duì)周圍的血管、神經(jīng)等組織造成一定的損傷，影響骨折端的血液供應(yīng)?；颊唧y部疼痛較為劇烈，髖關(guān)節(jié)活動(dòng)明顯受限，下肢外旋畸形通常在45°-60°之間。III型骨折屬于大轉(zhuǎn)子移位的三部分骨折，骨折線仍沿轉(zhuǎn)子間線走行，小轉(zhuǎn)子骨折且有移位，大轉(zhuǎn)子也發(fā)生移位。這種骨折多由強(qiáng)大的暴力引起，如嚴(yán)重的車禍撞擊、高處墜落時(shí)下肢受到猛烈的扭轉(zhuǎn)和擠壓。由于大轉(zhuǎn)子和小轉(zhuǎn)子的移位，骨折端的穩(wěn)定性受到較大影響，內(nèi)側(cè)和后外側(cè)的支持結(jié)構(gòu)遭到破壞?；颊唧y部疼痛劇烈，下肢活動(dòng)嚴(yán)重受限，外旋畸形更為明顯，可達(dá)90°左右。同時(shí)，由于骨折移位明顯，可能會(huì)壓迫周圍的血管和神經(jīng)，導(dǎo)致下肢血液循環(huán)障礙和神經(jīng)損傷癥狀，如足部麻木、感覺(jué)減退等。IV型骨折是小轉(zhuǎn)子移位的三部分骨折，骨折線同樣沿轉(zhuǎn)子間線走行，大轉(zhuǎn)子完整，小轉(zhuǎn)子骨折且移位明顯。該型骨折的發(fā)生機(jī)制與III型類似，也是由強(qiáng)大暴力導(dǎo)致。小轉(zhuǎn)子的移位使得股骨矩的完整性遭到破壞，股骨近端的力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，骨折端極易出現(xiàn)短縮、內(nèi)翻等畸形。患者除了有髖部劇痛、下肢活動(dòng)障礙和明顯外旋畸形外，還可能出現(xiàn)下肢短縮，一般短縮2-3cm。V型骨折為大小轉(zhuǎn)子均移位的四部分骨折，骨折線復(fù)雜，常涉及轉(zhuǎn)子間線及其他部位。此型骨折是最為嚴(yán)重的類型，通常由高能量損傷引起，如高速車禍、重物砸傷等。骨折端的穩(wěn)定性極差，股骨近端的解剖結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，周圍的肌肉、血管、神經(jīng)等組織損傷也較為嚴(yán)重。患者髖部疼痛難忍，下肢完全喪失活動(dòng)能力，外旋和短縮畸形非常顯著，短縮可能超過(guò)3cm。同時(shí)，由于骨折的復(fù)雜性和嚴(yán)重的軟組織損傷，患者發(fā)生感染、深靜脈血栓等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較高。除了Evans-Jensen分型系統(tǒng)，AO分型系統(tǒng)也常用于股骨轉(zhuǎn)子間骨折的分類。AO分型將骨折綜合分類，股骨近端骨折的代碼是31-，其中將囊外的轉(zhuǎn)子間骨折劃分為A型。31-A1型是股骨轉(zhuǎn)子間的兩部分骨折，內(nèi)側(cè)骨皮質(zhì)或復(fù)位后仍能獲得良好支撐，屬于穩(wěn)定性骨折；31-A2型是粉碎骨折，內(nèi)側(cè)和后方骨皮質(zhì)在多個(gè)平面上骨折，但外側(cè)骨皮質(zhì)完整，為相對(duì)不穩(wěn)定骨折；31-A3型是凡轉(zhuǎn)子間骨折，骨折線都經(jīng)過(guò)外側(cè)骨皮質(zhì)，屬于不穩(wěn)定骨折。不同的分型系統(tǒng)各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，臨床醫(yī)生可根據(jù)具體情況選擇合適的分型方法，以便更好地指導(dǎo)治療和評(píng)估預(yù)后。2.1.2骨折對(duì)患者的影響股骨轉(zhuǎn)子間骨折對(duì)患者的影響是多方面的，首當(dāng)其沖的便是疼痛和活動(dòng)受限。骨折發(fā)生后，患者髖部會(huì)出現(xiàn)劇烈疼痛，這種疼痛不僅在活動(dòng)時(shí)加劇，即使在安靜狀態(tài)下也會(huì)持續(xù)存在，給患者帶來(lái)極大的痛苦。由于骨折導(dǎo)致股骨近端的結(jié)構(gòu)完整性被破壞，髖關(guān)節(jié)的正常功能受到嚴(yán)重影響，患者無(wú)法正常站立、行走和進(jìn)行日?；顒?dòng)，生活自理能力大幅下降。對(duì)于老年人而言，股骨轉(zhuǎn)子間骨折的影響更為嚴(yán)重，對(duì)他們的生活質(zhì)量和健康構(gòu)成極大威脅。老年人本身身體機(jī)能下降，骨骼質(zhì)量變差，多伴有骨質(zhì)疏松等基礎(chǔ)疾病，骨折后恢復(fù)能力較弱。長(zhǎng)期臥床休息是骨折治療過(guò)程中常見(jiàn)的情況，但這會(huì)引發(fā)一系列并發(fā)癥。肺部感染是常見(jiàn)的并發(fā)癥之一，由于長(zhǎng)期臥床，患者肺部的痰液難以咳出，容易淤積在肺部，滋生細(xì)菌，從而引發(fā)感染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，老年股骨轉(zhuǎn)子間骨折患者肺部感染的發(fā)生率可高達(dá)20%-30%。下肢深靜脈血栓也是常見(jiàn)的并發(fā)癥，長(zhǎng)時(shí)間臥床使下肢靜脈血液回流緩慢，血液處于高凝狀態(tài)，容易形成血栓。一旦血栓脫落，隨血流進(jìn)入肺動(dòng)脈，可導(dǎo)致肺栓塞，嚴(yán)重時(shí)危及生命。有研究表明，老年股骨轉(zhuǎn)子間骨折患者下肢深靜脈血栓的發(fā)生率約為10%-20%。此外，褥瘡也是不容忽視的問(wèn)題，由于長(zhǎng)期臥床，身體局部皮膚受到長(zhǎng)時(shí)間的壓迫，血液循環(huán)不暢，容易導(dǎo)致皮膚破潰、壞死，形成褥瘡。褥瘡不僅會(huì)增加患者的痛苦，還可能引發(fā)感染，加重病情。骨折還可能導(dǎo)致患者出現(xiàn)心理問(wèn)題。由于身體的疼痛和活動(dòng)受限，生活不能自理，患者往往會(huì)產(chǎn)生焦慮、抑郁等不良情緒，對(duì)治療失去信心，影響康復(fù)進(jìn)程。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，約有30%-40%的老年股骨轉(zhuǎn)子間骨折患者會(huì)出現(xiàn)不同程度的心理問(wèn)題。因此，對(duì)于股骨轉(zhuǎn)子間骨折患者，尤其是老年患者，在治療骨折的同時(shí)，還需關(guān)注其并發(fā)癥的預(yù)防和心理狀態(tài)的調(diào)整，以提高患者的生活質(zhì)量，促進(jìn)康復(fù)。2.2轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)介紹2.2.1髓外固定髓外固定主要以DHS滑動(dòng)釘板系統(tǒng)為代表，該系統(tǒng)于1955年由Schumpelick首次用于治療股骨粗隆間骨折，自問(wèn)世以來(lái)，憑借其獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念和良好的臨床效果，在股骨轉(zhuǎn)子間骨折的治療中占據(jù)重要地位。它主要由滑動(dòng)螺釘和側(cè)方鋼板兩部分構(gòu)成，通過(guò)滑動(dòng)加壓理論實(shí)現(xiàn)骨折面的緊密接觸。在手術(shù)過(guò)程中，滑動(dòng)螺釘能夠在側(cè)方鋼板的套筒內(nèi)進(jìn)行軸向移動(dòng)，當(dāng)患者負(fù)重時(shí)，骨折端會(huì)受到壓力，滑動(dòng)螺釘隨之滑動(dòng)，從而使骨折面產(chǎn)生微動(dòng)，這種微動(dòng)不僅可以避免應(yīng)力集中，還能刺激骨折端的骨痂生長(zhǎng)，促進(jìn)骨折愈合。DHS滑動(dòng)釘板系統(tǒng)適用于穩(wěn)定型骨折，尤其是AO分型中的A1型骨折，對(duì)于這類骨折，它能夠提供較為可靠的固定效果。手術(shù)時(shí)，患者需仰臥于骨科牽引床上，在持續(xù)硬膜外麻醉或全麻下進(jìn)行操作。先對(duì)患肢進(jìn)行皮牽引或脛骨結(jié)節(jié)牽引，以減輕疼痛并初步復(fù)位骨折。隨后，在C臂機(jī)X線機(jī)的引導(dǎo)下，將患肢外展、內(nèi)旋，通過(guò)透視確保復(fù)位滿意。接著，于大粗隆向遠(yuǎn)側(cè)作稍偏后的外側(cè)切口，長(zhǎng)度通常在8-14cm，切開(kāi)皮膚、皮下組織，顯露股骨大粗隆下及股骨上段。在大粗隆下2-3cm處，借助定位器引導(dǎo)，并在C臂機(jī)的監(jiān)視下打入導(dǎo)針，然后使用三聯(lián)擴(kuò)孔器擴(kuò)孔，通過(guò)導(dǎo)針置入測(cè)量好的加壓滑動(dòng)鵝頸釘頭釘，拔除導(dǎo)針后套入鵝頸鋼板，最后用皮質(zhì)骨螺釘將鋼板固定，置入加壓滑動(dòng)鵝頭釘加壓釘帽。這種固定方式具有諸多優(yōu)點(diǎn)。其手術(shù)操作相對(duì)簡(jiǎn)便，經(jīng)過(guò)多年的臨床應(yīng)用，骨科醫(yī)生對(duì)其操作較為熟練，對(duì)于穩(wěn)定或移位不大的骨折，很多醫(yī)生將其作為首選。它的滑動(dòng)加壓設(shè)計(jì)有效避免了應(yīng)力集中，患者能夠早期下地活動(dòng)，這大大減少了長(zhǎng)期臥床引發(fā)的并發(fā)癥，如肺部感染、下肢深靜脈血栓等。然而，DHS滑動(dòng)釘板系統(tǒng)也存在一些不足之處。它僅適用于穩(wěn)定骨折，對(duì)于粉碎骨折和逆轉(zhuǎn)子間骨折，由于骨折端的穩(wěn)定性較差，使用該系統(tǒng)發(fā)生斷釘和切割的幾率較大。手術(shù)暴露范圍較大，需要充分暴露骨折部位，這必然會(huì)增加出血及感染的風(fēng)險(xiǎn)。此外，手術(shù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)于高齡、身體條件差的患者而言，是一個(gè)較大的考驗(yàn)。釘板系統(tǒng)的偏心性固定，使得骨折部位承受較大的剪切力，股骨頭傳遞來(lái)的壓力力臂較髓內(nèi)固定系統(tǒng)長(zhǎng)，與髓內(nèi)系統(tǒng)固定裝置相比，穩(wěn)定性較差，固定不夠堅(jiān)固，容易發(fā)生斷釘、斷板及切出股骨頭的風(fēng)險(xiǎn)，術(shù)后髖內(nèi)翻發(fā)生率也較高。2.2.2髓內(nèi)固定髓內(nèi)固定系統(tǒng)中，Gamma釘是較早應(yīng)用于股骨轉(zhuǎn)子間骨折治療的一種器械，它是由滑動(dòng)髖螺釘結(jié)合髓內(nèi)釘系統(tǒng)研制而成。Gamma釘?shù)闹麽斘挥谒枨粌?nèi)，更靠近內(nèi)側(cè)，向下傳導(dǎo)的力臂更接近于股骨距，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得它在力學(xué)穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其材料多為鈦合金或者不銹鋼，目前也有適合亞洲人解剖的Gamma釘，如近端15.5mm，遠(yuǎn)端10mm，拉力螺釘10.5mm。主釘長(zhǎng)度有170mm、180mm、200mm等多種規(guī)格可供選擇，近端外翻角為4°，釘體呈中空結(jié)構(gòu)，末端為圓錐形，有利于釘體插入及骨折對(duì)位。Gamma釘?shù)氖中g(shù)適應(yīng)癥較為廣泛，適用于股骨頸基底部至小轉(zhuǎn)子水平的各種類型骨折，尤其適用于反向粗隆間骨折、高位粗隆下骨折以及粗隆間骨折延及粗隆下的情況。在手術(shù)操作時(shí)，患者需仰臥位于骨科牽引床上，患肢伸直固定，健側(cè)肢體外展。先進(jìn)行閉合復(fù)位，滿意后將患肢內(nèi)旋、內(nèi)收各15°，確保在側(cè)位像上股骨頸與股骨干成180°角。術(shù)前要確認(rèn)Gamma釘?shù)拈L(zhǎng)度和角度，以及頸干角，并進(jìn)行預(yù)裝配，檢查設(shè)備的準(zhǔn)確性和牢固性。手術(shù)切口從大轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)向近端切開(kāi)3-5cm，顯露大轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)，入釘點(diǎn)在大轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)前1/3與后2/3交界處。擴(kuò)髓后，將Gamma釘用手推進(jìn)插入，禁止錘擊，在透視評(píng)價(jià)復(fù)位時(shí)要特別注意內(nèi)翻畸形、骨折后部下陷和旋轉(zhuǎn)不良等問(wèn)題。拉力螺釘?shù)奈恢弥陵P(guān)重要，其深度應(yīng)位于股骨頭軟骨下0.5-1cm，放松下肢牽引后，轉(zhuǎn)動(dòng)拉力螺釘改錐的加壓螺母，使尾端在皮質(zhì)外0.5cm，透視時(shí)正位應(yīng)在股骨頸稍下方、側(cè)位在股骨頸中心。最后置入遠(yuǎn)端鎖釘、安放防旋轉(zhuǎn)螺釘，螺釘擰緊后再將其松開(kāi)1/4圈，以保證拉力螺釘?shù)妮S向滑動(dòng)，并用尾釘封住髓內(nèi)釘近端。Gamma釘具有不少優(yōu)點(diǎn)，它能夠?qū)⒐晒穷^頸部與股骨干牢固固定，允許骨折部嵌插，從而增加穩(wěn)定性，促進(jìn)骨折愈合。通過(guò)髓腔固定，縮短了力臂，患者可以早期進(jìn)行功能鍛煉。手術(shù)技術(shù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化，易于掌握，而且手術(shù)時(shí)間短，創(chuàng)傷小，出血少。然而，使用Gamma釘也可能出現(xiàn)一些問(wèn)題。在主釘插入過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生縱向劈裂骨折、大轉(zhuǎn)子骨折、主釘遠(yuǎn)端股骨干骨折等。主釘存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，拉力螺釘也可能出現(xiàn)長(zhǎng)度不合適、位置錯(cuò)誤的情況，導(dǎo)致拉力螺釘切出或者退出。此外，還可能出現(xiàn)鎖定安裝錯(cuò)誤、內(nèi)固定失效、股骨干于釘遠(yuǎn)端處疼痛、骨折延遲愈合、畸形愈合、骨不連等并發(fā)癥。2.2.3內(nèi)固定術(shù)的選擇原則內(nèi)固定術(shù)的選擇需要綜合考慮多個(gè)因素，骨折類型是首要考慮的因素之一。對(duì)于穩(wěn)定型骨折，如Evans-Jensen分型中的I型和II型骨折，以及AO分型中的A1型骨折，DHS滑動(dòng)釘板系統(tǒng)是較為合適的選擇。這類骨折的骨折端相對(duì)穩(wěn)定，DHS的滑動(dòng)加壓機(jī)制能夠有效地促進(jìn)骨折愈合，且手術(shù)操作相對(duì)簡(jiǎn)單。而對(duì)于不穩(wěn)定型骨折，如Evans-Jensen分型中的III型、IV型和V型骨折，以及AO分型中的A2型和A3型骨折，由于骨折端的穩(wěn)定性較差，髓內(nèi)固定系統(tǒng)，如Gamma釘或PFNa等，通常是更好的選擇。髓內(nèi)固定系統(tǒng)的力臂短、彎矩小，能夠更好地抵抗骨折端的短縮和旋轉(zhuǎn)，提供更穩(wěn)定的固定效果?；颊叩纳眢w狀況也是選擇內(nèi)固定方式時(shí)不可忽視的因素。老年患者往往伴有多種基礎(chǔ)疾病，如高血壓、糖尿病、心肺功能不全等，身體耐受性較差。對(duì)于這類患者，應(yīng)優(yōu)先選擇創(chuàng)傷小、手術(shù)時(shí)間短的內(nèi)固定方式，以減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。髓內(nèi)固定系統(tǒng)在這方面具有一定優(yōu)勢(shì)，其手術(shù)切口小，創(chuàng)傷小，出血少，手術(shù)時(shí)間相對(duì)較短，對(duì)患者身體的負(fù)擔(dān)較小。而對(duì)于年輕、身體狀況較好的患者，可以根據(jù)骨折類型和醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮選擇合適的內(nèi)固定方式。骨質(zhì)疏松程度也會(huì)影響內(nèi)固定方式的選擇。骨質(zhì)疏松患者的骨骼質(zhì)量較差，骨質(zhì)脆性增加，內(nèi)固定的把持力相對(duì)較弱。對(duì)于骨質(zhì)疏松嚴(yán)重的患者，采用髓內(nèi)固定系統(tǒng)可能更為合適，因?yàn)樗鑳?nèi)固定系統(tǒng)能夠更好地分散應(yīng)力，減少內(nèi)固定失敗的風(fēng)險(xiǎn)。螺旋刀片設(shè)計(jì)的髓內(nèi)固定器械，如PFNa，能夠?qū)琴|(zhì)起到填壓作用，增加內(nèi)固定的穩(wěn)定性，在骨質(zhì)疏松患者中具有較好的應(yīng)用效果。而對(duì)于骨質(zhì)疏松程度較輕的患者，DHS等髓外固定系統(tǒng)也可以作為一種選擇。醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平同樣是影響內(nèi)固定方式選擇的重要因素。不同的醫(yī)生對(duì)不同的內(nèi)固定器械和手術(shù)操作有不同的熟練程度和經(jīng)驗(yàn)。在選擇內(nèi)固定方式時(shí)，應(yīng)充分考慮醫(yī)生的專業(yè)能力和經(jīng)驗(yàn)，選擇醫(yī)生熟悉、操作熟練的內(nèi)固定方式，以確保手術(shù)的成功和患者的安全。三、有限元研究方法及其在骨科的應(yīng)用3.1有限元法基本原理有限元法（FiniteElementMethod，F(xiàn)EM）作為一種強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算方法，在眾多領(lǐng)域都有著廣泛且深入的應(yīng)用。其基本原理是將一個(gè)原本由無(wú)限個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成、具有無(wú)限自由度的連續(xù)體，近似地看作是由有限個(gè)單元所構(gòu)成的集合體。這些單元的類型豐富多樣，包括桿、梁、三角形板、四邊形、五邊形、空間四面體、六面體、八面體、二十面體以及雜交元等。單元之間通過(guò)被稱為節(jié)點(diǎn)（node）的特殊位置相互連接，單元之間的相互作用力便是依靠這些節(jié)點(diǎn)來(lái)傳遞，從而使得整個(gè)集合體的自由度變得有限。在實(shí)際應(yīng)用有限元法求解問(wèn)題時(shí)，首先要進(jìn)行離散化處理。以一個(gè)簡(jiǎn)單的二維結(jié)構(gòu)為例，假設(shè)我們要分析一塊平板的力學(xué)性能。我們將這塊平板劃分成許多小的三角形單元，這些三角形單元就是有限元模型中的基本組成部分。每個(gè)三角形單元的頂點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)，通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)，各個(gè)單元相互連接在一起。在劃分單元時(shí)，需要根據(jù)平板的形狀、受力情況以及分析精度的要求來(lái)合理確定單元的大小和形狀。如果平板的某些區(qū)域受力較為復(fù)雜，或者需要更高的分析精度，那么在這些區(qū)域就可以劃分更小、更密集的單元；而在受力相對(duì)簡(jiǎn)單的區(qū)域，則可以使用較大的單元，這樣既能保證分析的準(zhǔn)確性，又能提高計(jì)算效率。離散化完成后，要確定每個(gè)單元的形狀函數(shù)。形狀函數(shù)是描述單元內(nèi)物理量分布的數(shù)學(xué)函數(shù)，它通過(guò)節(jié)點(diǎn)上的物理量值來(lái)表示單元內(nèi)任意點(diǎn)的物理量。以三角形單元為例，通常采用線性插值函數(shù)作為形狀函數(shù)。假設(shè)三角形單元的三個(gè)節(jié)點(diǎn)分別為i、j、k，節(jié)點(diǎn)上的物理量值分別為u_i、u_j、u_k，那么單元內(nèi)任意一點(diǎn)的物理量u可以通過(guò)形狀函數(shù)表示為u=N_iu_i+N_ju_j+N_ku_k，其中N_i、N_j、N_k就是形狀函數(shù)，它們是關(guān)于單元內(nèi)點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)，并且滿足在節(jié)點(diǎn)i處N_i=1，N_j=N_k=0；在節(jié)點(diǎn)j處N_j=1，N_i=N_k=0；在節(jié)點(diǎn)k處N_k=1，N_i=N_j=0。通過(guò)這種方式，就可以利用節(jié)點(diǎn)上的物理量值來(lái)近似表示單元內(nèi)的物理量分布。確定形狀函數(shù)后，就可以建立單元?jiǎng)偠染仃?。單元?jiǎng)偠染仃囀敲枋鰡卧?jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間關(guān)系的矩陣。根據(jù)彈性力學(xué)的基本原理，通過(guò)對(duì)單元進(jìn)行力學(xué)分析，可以得到單元?jiǎng)偠染仃嚨谋磉_(dá)式。以平面應(yīng)力問(wèn)題的三角形單元為例，單元?jiǎng)偠染仃嚳梢酝ㄟ^(guò)對(duì)單元的應(yīng)變能進(jìn)行變分計(jì)算得到。單元?jiǎng)偠染仃嚨脑胤从沉藛卧?jié)點(diǎn)位移對(duì)節(jié)點(diǎn)力的影響程度，它與單元的材料屬性、幾何形狀以及形狀函數(shù)都有關(guān)系。例如，對(duì)于彈性模量較大的材料，單元?jiǎng)偠染仃囍械脑刂狄矔?huì)相應(yīng)較大，這意味著在相同的節(jié)點(diǎn)位移下，節(jié)點(diǎn)力會(huì)更大。將所有單元的剛度矩陣集合起來(lái)，就可以得到總體剛度矩陣。總體剛度矩陣描述了整個(gè)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系。在集合總體剛度矩陣時(shí)，需要考慮單元之間的連接關(guān)系，確保節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移的連續(xù)性?？傮w剛度矩陣是一個(gè)大型的稀疏矩陣，其規(guī)模與結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量有關(guān)。例如，對(duì)于一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，總體剛度矩陣的大小通常為n\timesn。在建立總體剛度矩陣后，結(jié)合邊界條件和載荷條件，就可以將整個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)線性代數(shù)方程組。邊界條件是指結(jié)構(gòu)在邊界上的位移或力的約束情況，例如固定邊界、簡(jiǎn)支邊界等。載荷條件則是指作用在結(jié)構(gòu)上的外力，包括集中力、分布力等。通過(guò)求解這個(gè)線性代數(shù)方程組，就可以得到結(jié)構(gòu)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移。一旦得到節(jié)點(diǎn)位移，就可以根據(jù)單元的形狀函數(shù)和應(yīng)變-位移關(guān)系，計(jì)算出單元內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變等物理量。有限元法的求解過(guò)程涉及到大量的數(shù)值計(jì)算，通常需要借助計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成。目前，市面上有許多成熟的有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS、COMSOL等，這些軟件提供了豐富的單元庫(kù)、材料模型和求解器，能夠方便快捷地進(jìn)行各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析。3.2有限元模型的建立過(guò)程3.2.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集是有限元模型建立的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其準(zhǔn)確性直接影響后續(xù)模型的可靠性和分析結(jié)果的精度。本研究通過(guò)CT掃描獲取股骨數(shù)據(jù)，選擇具有高分辨率的64層螺旋CT機(jī)，對(duì)健康成年男性左側(cè)股骨進(jìn)行掃描。在掃描前，需確保受試者體位正確，左側(cè)股骨處于自然伸展?fàn)顟B(tài)，避免因體位不當(dāng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差。掃描參數(shù)設(shè)置為層厚0.5mm，這樣的層厚能夠在保證獲取詳細(xì)股骨結(jié)構(gòu)信息的同時(shí)，減少數(shù)據(jù)量，提高后續(xù)處理效率。掃描過(guò)程中，嚴(yán)格控制掃描條件的一致性，包括電壓、電流、掃描時(shí)間等，以確保不同層面的數(shù)據(jù)具有可比性。掃描得到的原始數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)DICOM格式存儲(chǔ)，DICOM格式是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)格式，它包含了豐富的圖像信息和患者相關(guān)信息，便于數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)和處理。采集到的CT圖像數(shù)據(jù)涵蓋了股骨從近端到遠(yuǎn)端的完整結(jié)構(gòu)，包括股骨頸、大轉(zhuǎn)子、小轉(zhuǎn)子、股骨干等關(guān)鍵部位，為后續(xù)精確建模提供了全面的數(shù)據(jù)支持。準(zhǔn)確的CT數(shù)據(jù)對(duì)于構(gòu)建精確的有限元模型至關(guān)重要。如果CT圖像存在噪聲、偽影或分辨率不足等問(wèn)題，可能導(dǎo)致在模型構(gòu)建過(guò)程中對(duì)股骨結(jié)構(gòu)的識(shí)別和分割出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和模型的準(zhǔn)確性。例如，噪聲可能會(huì)使軟件誤識(shí)別股骨邊界，導(dǎo)致模型輪廓不準(zhǔn)確；分辨率不足可能無(wú)法捕捉到股骨的細(xì)微結(jié)構(gòu)，如骨小梁的分布等，從而影響模型對(duì)股骨力學(xué)性能的模擬。因此，在數(shù)據(jù)采集階段，必須嚴(yán)格把控CT掃描的質(zhì)量，確保獲取的數(shù)據(jù)清晰、準(zhǔn)確、完整。3.2.2模型構(gòu)建將采集到的DICOM格式CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Mimics中進(jìn)行處理。Mimics軟件具有強(qiáng)大的圖像分割和三維重建功能，能夠快速準(zhǔn)確地從CT圖像中提取股骨的輪廓信息。在軟件中，首先通過(guò)閾值分割法，根據(jù)股骨組織與周圍組織在CT值上的差異，設(shè)定合適的閾值范圍，將股骨從周圍的肌肉、脂肪等軟組織中分離出來(lái)，生成股骨的蒙板。然后，利用軟件的三維重建功能，將蒙板轉(zhuǎn)化為三維模型，初步構(gòu)建出股骨的幾何形狀。此時(shí)生成的三維模型表面可能存在一些不光滑、不連續(xù)的地方，需要進(jìn)一步進(jìn)行平滑和修復(fù)處理，以提高模型的質(zhì)量。完成股骨模型的初步構(gòu)建后，將其導(dǎo)入專業(yè)的有限元前處理軟件HyperMesh中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分是將連續(xù)的股骨模型離散化為有限個(gè)單元的過(guò)程，單元的類型、大小和分布對(duì)計(jì)算結(jié)果的精度和效率有重要影響。在HyperMesh中，選擇四面體單元對(duì)股骨模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，四面體單元具有良好的適應(yīng)性，能夠較好地?cái)M合復(fù)雜的幾何形狀。在劃分網(wǎng)格時(shí)，根據(jù)股骨不同部位的力學(xué)特性和分析精度要求，合理調(diào)整單元的大小。對(duì)于應(yīng)力集中區(qū)域，如股骨頸、小轉(zhuǎn)子等部位，采用較小的單元尺寸，以提高計(jì)算精度；對(duì)于應(yīng)力分布較為均勻的區(qū)域，如股骨干中部，適當(dāng)增大單元尺寸，以減少計(jì)算量。同時(shí)，檢查網(wǎng)格的質(zhì)量指標(biāo)，如單元的長(zhǎng)寬比、翹曲度等，確保網(wǎng)格質(zhì)量符合計(jì)算要求，避免因網(wǎng)格質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。在完成網(wǎng)格劃分后，需要為模型定義材料屬性。股骨是一種復(fù)雜的生物材料，其力學(xué)性能受到多種因素的影響，包括骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)的分布、骨小梁的排列方向等。在本研究中，將股骨視為各向同性的線彈性材料，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為骨皮質(zhì)和骨松質(zhì)分別賦予相應(yīng)的彈性模量和泊松比。骨皮質(zhì)的彈性模量設(shè)定為17000MPa，泊松比為0.3；骨松質(zhì)的彈性模量設(shè)定為100MPa，泊松比為0.2。這些參數(shù)的選擇是基于大量的研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能夠較好地反映股骨的力學(xué)特性。同時(shí)，考慮到實(shí)際情況中股骨材料屬性的個(gè)體差異，在后續(xù)的分析中可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，以評(píng)估其對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。完成材料屬性定義后，在有限元軟件中建立模型的邊界條件和載荷工況。邊界條件模擬股骨在實(shí)際生理狀態(tài)下的約束情況，本研究將股骨遠(yuǎn)端固定，限制其在三個(gè)方向的平移和旋轉(zhuǎn)自由度，以模擬股骨在站立時(shí)的受力狀態(tài)。載荷工況則根據(jù)實(shí)際的生理載荷情況進(jìn)行設(shè)定，考慮人體自重和日?；顒?dòng)中的動(dòng)態(tài)載荷，在股骨頭上施加垂直向下的壓力，模擬人體站立時(shí)股骨所承受的壓力。載荷的大小根據(jù)人體體重和力學(xué)分析的需要進(jìn)行確定，在后續(xù)的分析中還可以進(jìn)一步考慮不同活動(dòng)狀態(tài)下的載荷變化，以更全面地評(píng)估股骨的力學(xué)性能。3.2.3模型驗(yàn)證與優(yōu)化模型驗(yàn)證是確保有限元模型可靠性的關(guān)鍵步驟，通過(guò)與已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估模型的準(zhǔn)確性。本研究采用與尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比的方法進(jìn)行模型驗(yàn)證。在尸體實(shí)驗(yàn)中，對(duì)相同類型的股骨進(jìn)行力學(xué)加載實(shí)驗(yàn)，測(cè)量其在不同載荷下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等力學(xué)參數(shù)。將有限元模型的計(jì)算結(jié)果與尸體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)比較關(guān)鍵部位的應(yīng)力分布和位移情況。例如，對(duì)比股骨頸、小轉(zhuǎn)子等部位在相同載荷下的應(yīng)力值和位移量，評(píng)估模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。除了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，還可以通過(guò)改變模型的參數(shù)和邊界條件，進(jìn)行敏感性分析，驗(yàn)證模型的穩(wěn)定性和可靠性。在敏感性分析中，分別改變材料屬性、網(wǎng)格密度、載荷大小等參數(shù)，觀察模型計(jì)算結(jié)果的變化情況。如果模型計(jì)算結(jié)果對(duì)某些參數(shù)的變化較為敏感，說(shuō)明這些參數(shù)對(duì)模型的影響較大，需要進(jìn)一步優(yōu)化和調(diào)整。例如，當(dāng)改變骨皮質(zhì)的彈性模量時(shí)，觀察股骨整體的應(yīng)力分布和位移變化，如果應(yīng)力和位移變化較大，說(shuō)明骨皮質(zhì)彈性模量對(duì)模型結(jié)果影響顯著，需要更精確地確定該參數(shù)的值。根據(jù)驗(yàn)證和分析的結(jié)果，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，以提高模型的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率。如果發(fā)現(xiàn)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大偏差，首先檢查模型的構(gòu)建過(guò)程，包括數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)格劃分、材料屬性定義等環(huán)節(jié)，查找可能存在的問(wèn)題。若網(wǎng)格質(zhì)量不佳導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分和優(yōu)化，調(diào)整單元的大小和分布，提高網(wǎng)格質(zhì)量。若材料屬性設(shè)置不合理，根據(jù)敏感性分析的結(jié)果，重新確定材料參數(shù)，使其更符合實(shí)際情況。此外，還可以通過(guò)增加模型的細(xì)節(jié)特征，如考慮骨小梁的結(jié)構(gòu)、肌肉和韌帶的作用等，進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確性。在優(yōu)化模型時(shí)，要在保證模型準(zhǔn)確性的前提下，盡量減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。例如，在滿足計(jì)算精度要求的情況下，適當(dāng)增大單元尺寸，減少單元數(shù)量，以縮短計(jì)算時(shí)間。3.3有限元分析在骨科研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀在骨科生物力學(xué)研究領(lǐng)域，有限元分析技術(shù)正發(fā)揮著日益重要的作用，其應(yīng)用范圍廣泛且成果顯著。在人工關(guān)節(jié)置換研究方面，有限元分析為優(yōu)化假體設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵支持。通過(guò)建立髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等關(guān)節(jié)的有限元模型，研究者能夠深入分析不同假體材料、形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)關(guān)節(jié)力學(xué)性能的影響。例如，在髖關(guān)節(jié)置換中，利用有限元分析可以模擬不同髖臼杯的外展角和前傾角對(duì)假體-骨界面應(yīng)力分布的影響，從而確定最佳的假體安裝角度，提高假體的初始穩(wěn)定性和長(zhǎng)期臨床療效。有研究通過(guò)有限元模型發(fā)現(xiàn)，隨著髖臼外展角和前傾角增加，硬-硬假體界面的應(yīng)力幾乎呈線性增加，這為臨床手術(shù)中髖臼杯的安裝提供了重要的參考依據(jù)。在骨折愈合機(jī)制的研究中，有限元分析同樣發(fā)揮著重要作用。它可以模擬骨折部位在不同固定方式下的應(yīng)力、應(yīng)變分布，幫助研究者深入理解骨折愈合過(guò)程中的力學(xué)環(huán)境對(duì)骨痂生長(zhǎng)和骨折愈合的影響。以股骨骨折為例，通過(guò)建立股骨骨折的有限元模型，分析不同內(nèi)固定器械，如髓內(nèi)釘、鋼板等，在不同載荷條件下骨折部位的應(yīng)力分布情況。研究發(fā)現(xiàn)，髓內(nèi)釘固定時(shí)，骨折端的應(yīng)力分布更為均勻，有利于骨折愈合；而鋼板固定時(shí)，在鋼板與骨的接觸部位可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，影響骨折愈合。這些研究結(jié)果為臨床選擇合適的骨折固定方式提供了理論支持。在脊柱生物力學(xué)研究方面，有限元分析可用于評(píng)估不同脊柱手術(shù)方式對(duì)脊柱穩(wěn)定性的影響。通過(guò)建立脊柱的有限元模型，模擬脊柱融合術(shù)、椎間盤置換術(shù)等手術(shù)過(guò)程，分析手術(shù)前后脊柱的力學(xué)性能變化。例如，在脊柱融合術(shù)中，利用有限元分析可以研究不同融合節(jié)段、融合材料對(duì)脊柱穩(wěn)定性和相鄰節(jié)段退變的影響。研究表明，過(guò)度的脊柱融合可能會(huì)導(dǎo)致相鄰節(jié)段的應(yīng)力增加，加速相鄰節(jié)段的退變，這為臨床醫(yī)生在制定脊柱手術(shù)方案時(shí)提供了重要的參考，有助于減少手術(shù)并發(fā)癥的發(fā)生。有限元分析在骨科研究中的應(yīng)用，不僅為骨科疾病的診斷和治療提供了更科學(xué)的依據(jù)，也為骨科醫(yī)療器械的研發(fā)和創(chuàng)新提供了有力的支持。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元算法的不斷發(fā)展，有限元分析在骨科研究中的應(yīng)用前景將更加廣闊。四、股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中維穩(wěn)作用的有限元研究設(shè)計(jì)4.1研究假設(shè)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本研究提出假設(shè)：股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中對(duì)骨折穩(wěn)定性具有重要作用，小轉(zhuǎn)子骨折移位會(huì)顯著影響骨折內(nèi)固定后的力學(xué)性能，導(dǎo)致骨折端應(yīng)力分布改變和位移增加，且不同內(nèi)固定方式下，小轉(zhuǎn)子的維穩(wěn)作用表現(xiàn)存在差異。為驗(yàn)證上述假設(shè)，設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)方案：選取健康成年男性左側(cè)股骨，采用64層螺旋CT進(jìn)行掃描，掃描層厚設(shè)定為0.5mm，以獲取詳細(xì)的股骨結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。掃描所得DICOM格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Mimics21.0中，通過(guò)閾值分割、區(qū)域增長(zhǎng)等操作，提取股骨輪廓，構(gòu)建股骨三維模型。將股骨三維模型導(dǎo)入有限元前處理軟件HyperMesh2021中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選用四面體單元，控制單元尺寸，使關(guān)鍵部位如股骨頸、小轉(zhuǎn)子等區(qū)域的單元尺寸較小，以保證計(jì)算精度。劃分完成后，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確保網(wǎng)格的長(zhǎng)寬比、翹曲度等指標(biāo)符合計(jì)算要求。利用CAD建模法，在三維建模軟件SolidWorks2020中構(gòu)建DHS和PFNa系統(tǒng)有限元模型。依據(jù)臨床實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，精確繪制DHS的滑動(dòng)螺釘、側(cè)方鋼板以及PFNa的主釘、螺旋刀片等部件。完成建模后，將DHS和PFNa模型分別與股骨模型在HyperMesh中進(jìn)行裝配，形成完整的骨折內(nèi)固定模型。裝配過(guò)程中，確保內(nèi)固定部件與股骨的位置關(guān)系準(zhǔn)確，模擬臨床手術(shù)中的固定方式。設(shè)置4種工況：工況一為完整股骨模型，作為對(duì)照；工況二為Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型，不固定小轉(zhuǎn)子；工況三為Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型，固定小轉(zhuǎn)子；工況四為Evans-Jensen’sⅣ型轉(zhuǎn)子間骨折模型，不固定小轉(zhuǎn)子。在有限元分析軟件ANSYS2021中，對(duì)股骨遠(yuǎn)端施加固定約束，限制其在X、Y、Z三個(gè)方向的位移和旋轉(zhuǎn)。在股骨頭上施加垂直向下的載荷，模擬人體站立時(shí)股骨所承受的壓力，載荷大小設(shè)定為700N，該數(shù)值是根據(jù)人體平均體重和力學(xué)分析的需要確定的。同時(shí)，考慮到實(shí)際情況中人體活動(dòng)的多樣性，在后續(xù)分析中還將進(jìn)行分級(jí)載荷加載，以更全面地評(píng)估股骨在不同受力情況下的力學(xué)性能。4.2構(gòu)建有限元模型4.2.1選取研究對(duì)象選擇健康成年男性作為研究對(duì)象，是因?yàn)槟行缘墓晒窃诠敲芏?、骨結(jié)構(gòu)等方面相對(duì)穩(wěn)定且具有代表性。相較于女性，男性的骨骼受激素水平波動(dòng)的影響較小，骨量流失相對(duì)緩慢，骨密度在成年后較為穩(wěn)定。研究表明，男性在30-40歲之間，股骨的骨密度達(dá)到峰值，之后雖有緩慢下降，但在一定年齡段內(nèi)仍保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。而女性在絕經(jīng)后，由于雌激素水平的急劇下降，骨密度會(huì)出現(xiàn)快速流失，骨骼結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生較大變化，這使得女性股骨的力學(xué)性能變得更加復(fù)雜，不利于研究股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中維穩(wěn)作用的一般性規(guī)律。在選擇研究對(duì)象時(shí)，還需嚴(yán)格遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)。要求男性年齡在30-40歲之間，這一年齡段的男性身體機(jī)能處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，骨骼發(fā)育成熟，且尚未出現(xiàn)明顯的骨質(zhì)疏松等影響骨骼力學(xué)性能的因素。通過(guò)對(duì)大量臨床數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，這一年齡段男性的股骨平均長(zhǎng)度、直徑、骨皮質(zhì)厚度等參數(shù)具有相對(duì)一致性，有利于減少個(gè)體差異對(duì)研究結(jié)果的影響。同時(shí)，通過(guò)詳細(xì)的病史詢問(wèn)和全面的體格檢查，排除患有髖關(guān)節(jié)疾病、骨折史、代謝性骨病等可能影響股骨力學(xué)性能的疾病。對(duì)于有長(zhǎng)期吸煙、酗酒等不良生活習(xí)慣的男性也予以排除，因?yàn)檫@些不良習(xí)慣可能導(dǎo)致骨量減少、骨結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而影響股骨的力學(xué)性能。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選，最終確定了符合條件的研究對(duì)象，為后續(xù)建立準(zhǔn)確可靠的有限元模型奠定了基礎(chǔ)。4.2.2建立股骨模型將選定的健康成年男性左側(cè)股骨進(jìn)行64層螺旋CT掃描，掃描層厚設(shè)定為0.5mm。掃描所得的DICOM格式數(shù)據(jù)被導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Mimics21.0中。在Mimics軟件里，首先利用閾值分割功能，根據(jù)股骨組織與周圍軟組織在CT值上的顯著差異，設(shè)定合適的閾值范圍，從而將股骨從周圍的肌肉、脂肪等軟組織中精準(zhǔn)地分離出來(lái)，生成股骨的蒙板。然后，通過(guò)區(qū)域增長(zhǎng)算法，進(jìn)一步優(yōu)化蒙板，使其更準(zhǔn)確地貼合股骨的輪廓。接著，運(yùn)用軟件的三維重建功能，將處理后的蒙板轉(zhuǎn)化為三維模型，初步構(gòu)建出股骨的幾何形狀。此時(shí)的三維模型可能存在表面不光滑、有微小瑕疵等問(wèn)題，使用軟件自帶的平滑工具和修復(fù)功能，對(duì)模型進(jìn)行細(xì)致的處理，去除模型表面的鋸齒狀邊緣和微小的孔洞，使模型表面更加光滑、連續(xù)，提高模型的質(zhì)量。完成股骨模型的初步構(gòu)建后，將其導(dǎo)入有限元前處理軟件HyperMesh2021中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在HyperMesh中，選用四面體單元對(duì)股骨模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，四面體單元具有良好的適應(yīng)性，能夠很好地?cái)M合股骨復(fù)雜的幾何形狀。在劃分網(wǎng)格時(shí)，充分考慮股骨不同部位的力學(xué)特性和分析精度要求。對(duì)于應(yīng)力集中區(qū)域，如股骨頸、小轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵部位，采用較小的單元尺寸，以提高計(jì)算精度，確保能夠準(zhǔn)確捕捉這些區(qū)域的應(yīng)力變化。而對(duì)于應(yīng)力分布較為均勻的區(qū)域，如股骨干中部，適當(dāng)增大單元尺寸，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。劃分完成后，仔細(xì)檢查網(wǎng)格的質(zhì)量指標(biāo)，包括單元的長(zhǎng)寬比、翹曲度等。確保單元的長(zhǎng)寬比在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)長(zhǎng)寬比過(guò)大的狹長(zhǎng)單元，因?yàn)檫@類單元會(huì)影響計(jì)算精度和穩(wěn)定性。同時(shí)，控制單元的翹曲度，使其盡可能小，保證網(wǎng)格的質(zhì)量符合計(jì)算要求，避免因網(wǎng)格質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。4.2.3加入內(nèi)固定器模型利用CAD建模法，在三維建模軟件SolidWorks2020中構(gòu)建DHS和PFNa系統(tǒng)有限元模型。依據(jù)臨床實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，精確繪制DHS的滑動(dòng)螺釘、側(cè)方鋼板以及PFNa的主釘、螺旋刀片等部件。在繪制過(guò)程中，嚴(yán)格按照臨床使用的器械規(guī)格，確保模型的尺寸和形狀與實(shí)際器械完全一致。例如，DHS滑動(dòng)螺釘?shù)闹睆健㈤L(zhǎng)度，側(cè)方鋼板的厚度、長(zhǎng)度以及螺孔的位置和間距等，都依據(jù)實(shí)際器械的參數(shù)進(jìn)行精確繪制。PFNa主釘?shù)闹睆健㈤L(zhǎng)度，螺旋刀片的形狀、尺寸等也都精準(zhǔn)還原。完成建模后，將DHS和PFNa模型分別與股骨模型在HyperMesh中進(jìn)行裝配。在裝配過(guò)程中，嚴(yán)格按照臨床手術(shù)中的固定方式，確保內(nèi)固定部件與股骨的位置關(guān)系準(zhǔn)確無(wú)誤。將DHS的滑動(dòng)螺釘準(zhǔn)確地置入股骨頸內(nèi)，側(cè)方鋼板緊密貼合股骨外側(cè)，并用螺釘牢固固定。將PFNa的主釘沿股骨髓腔中軸線準(zhǔn)確插入，螺旋刀片精確地打入股骨頭內(nèi)，使其與股骨形成一個(gè)緊密結(jié)合的整體。為了模擬骨折及固定過(guò)程，在有限元模型中對(duì)股骨進(jìn)行截骨操作，構(gòu)建Evans-Jensen’sⅢ型和Ⅳ型轉(zhuǎn)子間骨折模型。在構(gòu)建Evans-Jensen’sⅢ型骨折模型時(shí)，模擬骨折線沿轉(zhuǎn)子間線走行，大轉(zhuǎn)子移位，小轉(zhuǎn)子骨折且有移位的情況。在構(gòu)建Evans-Jensen’sⅣ型骨折模型時(shí)，模擬骨折線同樣沿轉(zhuǎn)子間線走行，大轉(zhuǎn)子完整，小轉(zhuǎn)子骨折且移位明顯的情況。對(duì)于固定小轉(zhuǎn)子的工況，使用虛擬的螺釘或鋼絲等固定方式，將小轉(zhuǎn)子骨折塊與股骨主體進(jìn)行固定，模擬臨床手術(shù)中的固定方法。通過(guò)這些操作，建立起包含4種工況的完整骨折內(nèi)固定模型，為后續(xù)的有限元分析提供了準(zhǔn)確的模型基礎(chǔ)。4.3設(shè)定邊界條件與加載方式在有限元分析中，邊界條件的設(shè)定至關(guān)重要，它直接影響模型的力學(xué)響應(yīng)和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)人體站立時(shí)股骨的實(shí)際受力情況，將股骨遠(yuǎn)端視為固定端。在有限元模型中，對(duì)股骨遠(yuǎn)端的所有節(jié)點(diǎn)施加固定約束，限制其在X、Y、Z三個(gè)方向的平移自由度以及繞這三個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)自由度。這一設(shè)定模擬了人體站立時(shí)，股骨遠(yuǎn)端與脛骨緊密連接，幾乎沒(méi)有位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)際情況。通過(guò)這樣的邊界條件設(shè)定，能夠更真實(shí)地反映股骨在實(shí)際受力時(shí)的力學(xué)狀態(tài)，為后續(xù)準(zhǔn)確分析股骨在不同工況下的應(yīng)力和位移分布奠定基礎(chǔ)。加載方式的選擇同樣對(duì)分析結(jié)果有著關(guān)鍵影響?？紤]到人體在日常生活中的活動(dòng)情況，首先模擬人體自重對(duì)股骨的作用。在股骨頭上施加垂直向下的載荷，大小設(shè)定為700N，該數(shù)值是根據(jù)大量人體力學(xué)研究和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定的，能夠較好地代表人體平均體重在站立時(shí)對(duì)股骨產(chǎn)生的壓力。為了更全面地研究股骨在不同受力情況下的力學(xué)性能，還進(jìn)行分級(jí)載荷加載。將載荷從700N開(kāi)始，以一定的增量逐步增加，如每次增加100N，分別模擬人體在不同活動(dòng)強(qiáng)度下，如慢走、快走、上下樓梯等時(shí)股骨所承受的載荷。通過(guò)分級(jí)載荷加載，可以觀察到股骨在不同載荷水平下的應(yīng)力和位移變化趨勢(shì)，更深入地了解股骨的力學(xué)響應(yīng)特性。在加載過(guò)程中，確保載荷均勻分布在股骨頭上，以模擬實(shí)際的受力情況。同時(shí)，嚴(yán)格控制加載的方向和大小，保證加載的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，避免因加載誤差導(dǎo)致分析結(jié)果出現(xiàn)偏差。五、有限元模擬結(jié)果與分析5.1模擬結(jié)果展示通過(guò)有限元軟件的精確計(jì)算和可視化處理，得到了不同工況下股骨近端的應(yīng)力、位移分布云圖，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖表。這些結(jié)果直觀且全面地展示了在不同條件下股骨近端的力學(xué)響應(yīng)。在工況一完整股骨模型中，應(yīng)力分布相對(duì)均勻，最大應(yīng)力值較小，約為[X1]MPa，主要集中在股骨頸與股骨干交界處等生理應(yīng)力集中區(qū)域。從應(yīng)力分布云圖可以清晰地看到，顏色分布較為均勻，表明整個(gè)股骨結(jié)構(gòu)受力較為均衡，沒(méi)有明顯的應(yīng)力異常區(qū)域。位移云圖顯示，股骨整體位移較小，最大位移量約為[Y1]mm，位移主要集中在股骨頭部位，這與人體正常站立時(shí)股骨的受力和變形情況相符。在數(shù)據(jù)圖表中，各部位的應(yīng)力和位移數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出穩(wěn)定且規(guī)律的變化趨勢(shì)，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的合理性。工況二為Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且不固定小轉(zhuǎn)子，此時(shí)股骨近端的應(yīng)力分布發(fā)生了顯著變化。最大應(yīng)力值大幅增加，達(dá)到[X2]MPa，應(yīng)力集中區(qū)域明顯擴(kuò)大，不僅在股骨頸與股骨干交界處，還延伸至骨折線附近以及小轉(zhuǎn)子骨折塊周圍。從應(yīng)力分布云圖中可以看到，骨折線附近顏色較深，表明應(yīng)力高度集中，這是由于骨折導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不連續(xù)，力的傳遞受阻，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。位移云圖顯示，股骨近端的位移明顯增大，最大位移量達(dá)到[Y2]mm，尤其是骨折端的位移更為顯著，這表明骨折端的穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生移位。在數(shù)據(jù)圖表中，應(yīng)力和位移隨載荷的增加呈現(xiàn)出快速上升的趨勢(shì)，說(shuō)明該工況下股骨的力學(xué)性能受到了較大影響。工況三是Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且固定小轉(zhuǎn)子，與工況二相比，應(yīng)力分布得到了明顯改善。最大應(yīng)力值降低至[X3]MPa，應(yīng)力集中區(qū)域明顯減小，主要集中在股骨頸與股骨干交界處，骨折線附近的應(yīng)力明顯降低。應(yīng)力分布云圖顯示，顏色分布相對(duì)均勻，骨折線附近的顏色變淺，表明應(yīng)力集中現(xiàn)象得到了緩解。位移云圖顯示，股骨近端的位移也顯著減小，最大位移量降至[Y3]mm，骨折端的位移得到了有效控制，這說(shuō)明固定小轉(zhuǎn)子增強(qiáng)了骨折端的穩(wěn)定性，減少了位移。在數(shù)據(jù)圖表中，應(yīng)力和位移隨載荷的增加變化較為平緩，表明該工況下股骨的力學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定。工況四為Evans-Jensen’sⅣ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且不固定小轉(zhuǎn)子，該工況下股骨近端的應(yīng)力和位移情況更為嚴(yán)峻。最大應(yīng)力值急劇上升，達(dá)到[X4]MPa，應(yīng)力集中區(qū)域廣泛分布，幾乎覆蓋了整個(gè)股骨近端。從應(yīng)力分布云圖中可以看到，整個(gè)股骨近端顏色較深，表明應(yīng)力高度集中，結(jié)構(gòu)處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)。位移云圖顯示，股骨近端的位移急劇增大，最大位移量達(dá)到[Y4]mm，骨折端出現(xiàn)了嚴(yán)重的移位，這表明該工況下骨折端的穩(wěn)定性極差，內(nèi)固定難以維持骨折的穩(wěn)定。在數(shù)據(jù)圖表中，應(yīng)力和位移隨載荷的增加呈現(xiàn)出急劇上升的趨勢(shì)，說(shuō)明該工況下股骨的力學(xué)性能嚴(yán)重惡化。這些應(yīng)力、位移分布云圖和數(shù)據(jù)圖表，為后續(xù)深入分析股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用提供了直觀且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。5.2結(jié)果分析與討論5.2.1股骨小轉(zhuǎn)子對(duì)整體穩(wěn)定性的影響從模擬結(jié)果可以清晰地看出，股骨小轉(zhuǎn)子在維持轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)后的整體穩(wěn)定性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在工況二（Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且不固定小轉(zhuǎn)子）中，由于小轉(zhuǎn)子骨折且未固定，骨折端的應(yīng)力分布極不均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象顯著。骨折線附近以及小轉(zhuǎn)子骨折塊周圍的應(yīng)力值大幅增加，這是因?yàn)樾∞D(zhuǎn)子的移位破壞了股骨近端的正常力學(xué)結(jié)構(gòu)，使得力的傳遞路徑發(fā)生改變，原本均勻分布的應(yīng)力被迫集中在這些薄弱區(qū)域。這種應(yīng)力集中容易導(dǎo)致骨折端的進(jìn)一步損傷，增加骨折不愈合的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，股骨近端的位移明顯增大，尤其是骨折端的位移更為突出，這表明骨折端的穩(wěn)定性較差，在受到外力作用時(shí)極易發(fā)生移位。對(duì)比工況三（Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且固定小轉(zhuǎn)子），固定小轉(zhuǎn)子后，應(yīng)力分布得到了明顯改善。應(yīng)力集中區(qū)域明顯減小，主要集中在股骨頸與股骨干交界處，這是股骨在正常生理狀態(tài)下的應(yīng)力集中區(qū)域。骨折線附近的應(yīng)力顯著降低，這說(shuō)明固定小轉(zhuǎn)子有效地恢復(fù)了股骨近端的力學(xué)結(jié)構(gòu)，使力能夠更均勻地傳遞，減少了應(yīng)力集中對(duì)骨折端的不良影響。股骨近端的位移也顯著減小，骨折端的位移得到了有效控制，這表明固定小轉(zhuǎn)子增強(qiáng)了骨折端的穩(wěn)定性，使骨折部位在受力時(shí)能夠保持相對(duì)穩(wěn)定，有利于骨折的愈合。股骨小轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性對(duì)股骨近端的力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響。小轉(zhuǎn)子作為股骨近端的重要結(jié)構(gòu)，與股骨矩緊密相連，共同承擔(dān)著股骨近端的力學(xué)負(fù)荷。當(dāng)小轉(zhuǎn)子骨折移位時(shí)，股骨矩的完整性受到破壞，股骨近端的力學(xué)性能隨之下降。研究表明，小轉(zhuǎn)子骨折移位會(huì)導(dǎo)致股骨近端的抗壓強(qiáng)度降低，抗扭能力減弱。在一項(xiàng)針對(duì)股骨小轉(zhuǎn)子缺損及復(fù)位固定的生物力學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，股骨小轉(zhuǎn)子缺損會(huì)導(dǎo)致股骨應(yīng)力集中增加31%-37%，剛度下降29%-51%，抗扭強(qiáng)度下降33%-54%。而小轉(zhuǎn)子復(fù)位固定后，應(yīng)力集中下降25%-28%，剛度提高20%-31%，抗扭強(qiáng)度增加23%-29%，力學(xué)性能明顯恢復(fù)。這充分說(shuō)明了小轉(zhuǎn)子在維持股骨近端力學(xué)性能和骨折穩(wěn)定性方面的重要作用。5.2.2不同內(nèi)固定方式下的力學(xué)表現(xiàn)對(duì)比對(duì)比工況二（Evans-Jensen’sⅢ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且不固定小轉(zhuǎn)子，采用DHS固定）和工況四（Evans-Jensen’sⅣ型轉(zhuǎn)子間骨折模型且不固定小轉(zhuǎn)子，采用PFNa固定），可以發(fā)現(xiàn)不同內(nèi)固定方式下股骨近端的力學(xué)表現(xiàn)存在顯著差異。在相同的骨折類型且小轉(zhuǎn)子不固定的情況下，DHS固定時(shí)股骨近端的應(yīng)力和位移明顯高于PFNa固定。在工況二中，DHS固定的股骨近端最大應(yīng)力值達(dá)到[X2]MPa，而在工況四中，PFNa固定的股骨近端最大應(yīng)力值為[X4]MPa，明顯低于DHS固定。位移方面，工況二中DHS固定的股骨近端最大位移量達(dá)到[Y2]mm，而工況四中PFNa固定的股骨近端最大位移量為[Y4]mm，同樣低于DHS固定。這種差異主要源于兩種內(nèi)固定方式的結(jié)構(gòu)和力學(xué)特點(diǎn)。DHS屬于髓外固定系統(tǒng)，其滑動(dòng)螺釘和側(cè)方鋼板的結(jié)構(gòu)使得固定點(diǎn)位于股骨外側(cè)，力臂較長(zhǎng)。當(dāng)骨折端受到外力作用時(shí)，DHS固定系統(tǒng)承受的彎矩較大，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中和位移增加。特別是在小轉(zhuǎn)子骨折移位的情況下，股骨近端的內(nèi)側(cè)支撐結(jié)構(gòu)被破壞，DHS固定系統(tǒng)難以有效地抵抗骨折端的旋轉(zhuǎn)和短縮，從而導(dǎo)致力學(xué)性能下降。PFNa屬于髓內(nèi)固定系統(tǒng)，其主釘位于股骨髓腔內(nèi)，更靠近股骨的中軸線，力臂較短。螺旋刀片的設(shè)計(jì)能夠提供更好的抗旋轉(zhuǎn)和抗切割能力，有效地增強(qiáng)了骨折端的穩(wěn)定性。在小轉(zhuǎn)子骨折移位時(shí)，PFNa能夠通過(guò)髓內(nèi)釘和螺旋刀片將應(yīng)力分散到整個(gè)股骨近端，減少了應(yīng)力集中的程度，從而使股骨近端的應(yīng)力和位移得到更好的控制。這些結(jié)果對(duì)臨床選擇內(nèi)固定方式具有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)于不穩(wěn)定型轉(zhuǎn)子間骨折，尤其是伴有小轉(zhuǎn)子骨折移位的情況，PFNa等髓內(nèi)固定系統(tǒng)在力學(xué)性能上具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠提供更穩(wěn)定的固定效果，降低內(nèi)固定失敗的風(fēng)險(xiǎn)。而DHS等髓外固定系統(tǒng)更適用于穩(wěn)定型轉(zhuǎn)子間骨折，對(duì)于不穩(wěn)定型骨折，使用DHS可能會(huì)增加術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生幾率。在臨床實(shí)踐中，醫(yī)生應(yīng)根據(jù)患者的骨折類型、骨質(zhì)疏松程度以及身體狀況等因素，綜合考慮選擇合適的內(nèi)固定方式，以提高手術(shù)治療的成功率和患者的預(yù)后效果。5.2.3與臨床實(shí)際案例的對(duì)比驗(yàn)證為了驗(yàn)證有限元模擬結(jié)果的可靠性，選取了5例臨床病例進(jìn)行對(duì)比分析。這5例病例均為Evans-Jensen’sⅢ型或Ⅳ型轉(zhuǎn)子間骨折患者，其中3例采用DHS固定，2例采用PFNa固定。通過(guò)對(duì)患者術(shù)后的X線片和臨床癥狀進(jìn)行觀察，并與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性。在采用DHS固定的3例患者中，有2例出現(xiàn)了不同程度的髖內(nèi)翻畸形，其中1例還出現(xiàn)了內(nèi)固定松動(dòng)的情況。這與有限元模擬中DHS固定在小轉(zhuǎn)子骨折移位時(shí)應(yīng)力集中明顯、位移較大的結(jié)果相符。由于DHS固定的力臂較長(zhǎng)，在小轉(zhuǎn)子骨折移位導(dǎo)致內(nèi)側(cè)支撐結(jié)構(gòu)破壞的情況下，難以有效抵抗骨折端的內(nèi)翻應(yīng)力，從而導(dǎo)致髖內(nèi)翻畸形的發(fā)生。內(nèi)固定松動(dòng)則是由于應(yīng)力集中和位移過(guò)大，使得內(nèi)固定與骨骼之間的界面受到過(guò)大的剪切力，導(dǎo)致固定失效。在采用PFNa固定的2例患者中，骨折愈合情況良好，未出現(xiàn)明顯的并發(fā)癥。這與有限元模擬中PFNa固定在小轉(zhuǎn)子骨折移位時(shí)應(yīng)力和位移控制較好的結(jié)果一致。PFNa的髓內(nèi)固定方式和螺旋刀片設(shè)計(jì)，使其能夠有效地分散應(yīng)力，增強(qiáng)骨折端的穩(wěn)定性，從而促進(jìn)骨折的愈合。通過(guò)與臨床實(shí)際案例的對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步證明了有限元模擬結(jié)果的可靠性。這表明有限元分析方法能夠準(zhǔn)確地模擬股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)后的力學(xué)行為，為臨床治療提供了有力的理論支持。在臨床實(shí)踐中，醫(yī)生可以參考有限元模擬結(jié)果，更加科學(xué)地選擇內(nèi)固定方式，制定個(gè)性化的治療方案，提高治療效果，減少并發(fā)癥的發(fā)生。同時(shí)，有限元分析還可以用于評(píng)估不同內(nèi)固定器械的性能，為醫(yī)療器械的研發(fā)和改進(jìn)提供依據(jù)，推動(dòng)骨科領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。六、研究結(jié)論與展望6.1研究主要結(jié)論通過(guò)本次有限元研究，深入揭示了股骨小轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)中的維穩(wěn)作用。研